一種對接管式的焊接機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種對接管式的焊接機器人，包括兩個對稱半軌道結(jié)構(gòu)組成的焊接導軌、行走機構(gòu)、徑向提升機構(gòu)、擺動機構(gòu)和送絲機構(gòu)，焊接導軌通過固定裝置固定在待焊接的管道上，送絲機構(gòu)的功能是均勻的把焊絲送到焊接部分，滿足焊料的填充并且達到均勻填充的效果，行走機構(gòu)主要是拖動焊接小車沿著焊接導軌進行環(huán)繞管壁的運動，焊接部分由擺動機構(gòu)和徑向提升機構(gòu)組成，擺動機構(gòu)的主要功能是在焊接開始前調(diào)節(jié)焊槍在被焊接管道母線方向的位置使焊槍對準坡口，焊接過程中做微擺運動，徑向提升機構(gòu)的主要功能是調(diào)整焊槍距坡口的高度，以滿足焊料填充高度的要求。本發(fā)明機器人具有整機體積小、重量輕、安裝方便等特點。
【專利說明】
一種對接管式的焊接機器人
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種焊接機器人，尤其涉及一種對接管式的焊接機器人，涉及陸地管道焊接領域。
【背景技術】
[0002]目前在管道的鋪設中經(jīng)常需要對管道進行焊接，而對接管式焊接機器人在管道的焊接中扮演了重要的角色。由于管道焊接機器人大部分是進口的，價格較為昂貴，并且傳統(tǒng)的手工電弧焊焊接雖然操作靈活，但對焊接工人的技術要求高同時勞動強度很大，焊接作業(yè)環(huán)境惡劣，同時焊接質(zhì)量粗糙和焊接精度低，焊縫質(zhì)量和壽命無法得到有效地保證，故采用自動化焊接機器人對焊接生產(chǎn)有重要意義。
[0003]隨著全球工業(yè)制造領域技術的不斷迅猛化發(fā)展和提高，各管道焊接的使用單位對焊縫的制造質(zhì)量和使用壽命提出了更高的要求，并且在整個國內(nèi)行業(yè)中管道焊接機器人主要以國外產(chǎn)品為主國內(nèi)為輔，但價格都很高，限制了國內(nèi)企業(yè)的采購、應用和自動化焊接水平的提高，這就迫切的需要設計和制造一種高質(zhì)量的對接管式焊接機器人以適應當今時代對管道焊接的要求。
[0004]焊接機器人不但可以減輕焊接工人的勞動強度和縮短焊接時間，而且能夠確保提高焊接效率、焊縫質(zhì)量和焊縫的使用壽命。采用自動焊接機器人將極大地減輕勞動負荷，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，產(chǎn)品產(chǎn)量也大幅度提高，給使用單位帶來極為可觀的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，要求更高的生產(chǎn)效率，因此，研制自動焊接機器人對克服以往手工焊、生產(chǎn)勞動強度大、生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定、勞動效率低和生產(chǎn)條件惡劣等缺點，提高生產(chǎn)效率，保障重要管線焊接質(zhì)量具有重要意義，有良好的開發(fā)前景和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了在管道相對固定的情況下，完成管道對接口的焊接工作而提供一種對接管式的焊接機器人。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:包括兩個對稱半軌道結(jié)構(gòu)組成的焊接導軌、行走機構(gòu)、徑向提升機構(gòu)、擺動機構(gòu)和送絲機構(gòu)，焊接導軌通過固定裝置固定在待焊接的管道上，所述行走機構(gòu)包括底座II1、安裝在底座III上的電機、安裝在電機輸出端上的齒輪III，所述焊接導軌上設置有齒圈，齒輪III與齒圈嚙合；
[0007]所述徑向提升機構(gòu)包括連接支架、安裝在連接支架上的電機1、安裝在電機I輸出軸上的齒輪1、安裝在連接板上的滾珠絲桿、安裝在滾珠絲桿上的齒輪I1、安裝在滾珠絲桿上的絲桿螺母1、與絲桿螺母I固連的光桿1、與光桿I端部固連的焊槍底座，所述齒輪I與齒輪II嚙合，焊槍底座上安裝有焊槍架，焊槍架上安裝有焊槍；
[0008]所述擺動結(jié)構(gòu)包括底座I1、安裝在底座II上的電機I1、與電機II輸出軸連接的滾珠絲桿11、安裝在滾珠絲桿II上的絲桿螺母11、與絲桿螺母11固連的光桿11，光桿II的端部與徑向提升機構(gòu)的連接支架固連；
[0009]所述送絲機構(gòu)包括底座1、安裝在底座I上的纏繞有焊絲的絲輪、安裝在底座I上的送絲機機架、安裝在送絲機機架上的導絲輪、位于導絲輪下方的導絲壓輪、設置在導絲壓輪上的導絲壓輪桿，所述送絲機機架上還安裝有提供送絲動力的送絲機，絲輪上的焊絲的端部位于導絲輪和導絲壓輪之間；
[0010]所述底座I與底座II之間、底座II與底座III之間通過連接板連接，底座1、底座II和底座III的下端分別對稱設置有四個滾輪I，滾輪I與焊接導軌外表面接觸，底座I和底座III的下端還分別設置有一對滾輪II，滾輪II與焊接導軌內(nèi)表面接觸。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:1.本發(fā)明利用焊接導軌和焊接小車的組合，實現(xiàn)焊接部分在管道上的焊接運動。2.焊接部分由擺動機構(gòu)和徑向提升機構(gòu)組成，可以實現(xiàn)在焊接過程中做微擺運動和調(diào)整焊槍距坡口的高度，以滿足焊料填充高度的要求。3.本發(fā)明滿足大多數(shù)管道對接的焊接，并且機構(gòu)經(jīng)過小幅的改動，就可以實現(xiàn)一系列管道的焊接工作，實現(xiàn)管道焊接機器人的系列性，具有設計制造周期短、成本低等工程實用性。4.本發(fā)明構(gòu)成部分簡單明確，適合焊接現(xiàn)場的實時裝配和快速焊接工作，具有較強的環(huán)境適應性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明各部分機構(gòu)關系不意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的主視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明的左視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明的俯視方向的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中各標號分別為:1.焊接導軌，2.底座I，3.導軌固定裝置，4.連接板I，5.底座Π，6.電機1，7.齒輪1，8.齒輪11，9.絲桿螺母I，10.滾珠絲杠I，11.光桿I，12.底座ΙΠ，13.滾輪I，14.電機Π，15.減速器I，16.聯(lián)軸器Π，17.滾珠絲杠Π，18.絲桿螺母Π，19.光桿Π，20.連接支架，21.焊槍底座，22.焊槍架調(diào)節(jié)螺釘，23.焊槍架，24.焊槍架墊圈，25.絲輪，26.蝶形螺母，27.送絲機機架，28.送絲機，29.齒輪ΙΠ，30.減速器Π，31.電機ΙΠ，32.導絲壓輪桿，33.導絲輪，34.導絲壓輪軸，35.導絲壓輪，36.滾輪Π。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0018]結(jié)合圖1至圖4，本發(fā)明的焊接導軌I通過導軌固定裝置3將其固定在需要被焊接的管道上，將組裝的焊接機器人裝配在需要焊接的管道上，焊接機器人通過徑向提升機構(gòu)、擺動機構(gòu)實現(xiàn)焊接中焊槍對于焊縫的對準，通過送絲機構(gòu)實現(xiàn)焊接過程中焊絲的供給，通過行走機構(gòu)完成焊接機構(gòu)的360度周向運動，完成管道焊接工作，具體過程如下:
[0019]通過電機16帶動齒輪17轉(zhuǎn)動，進而帶動齒輪Π 8轉(zhuǎn)動，齒輪Π 8與滾珠絲杠110連接傳遞動力，帶動滾珠絲杠I1上的絲桿螺母19在光桿Ill導向作用下焊槍底座21的直線運動，實際操作過程中通過改變電機16的正反轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)絲桿螺母19的直線周期往復運動，進而帶動焊槍底座21的直線周期往復運動，實現(xiàn)焊槍在焊接前期的徑向運動，從而達到焊接中的徑向?qū)蕟栴}。
[0020]電機Π14與減速器115連接提供擺動運動的動力，減速器115通過聯(lián)軸器Π 16與滾珠絲杠Π 17連接，帶動滾珠絲杠Π 17的旋轉(zhuǎn)運動，進而滾珠絲杠Π 17帶動絲桿螺母Π 18的直線運動，實際操作過程中通過改變電機Π 14的正反轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)絲桿螺母Π 18的直線周期往復運動，從而帶動連接支架20的直線周期往復運動，實現(xiàn)焊槍在焊接前期的軸向運動，從而達到焊接中的軸向?qū)蕟栴}。
[0021]送絲機28連接提供焊絲進給運動的動力來源，送絲機28包括導絲輪33、導絲壓輪桿32、導絲壓輪軸34和導絲壓輪35等零部件，在送絲機28的帶動下將纏繞在絲輪25上的焊絲導引到焊縫處，完成焊接過程中焊絲的進給運動。
[0022]滾輪113與底座12、底座Π 5和底座ΙΠ12固定，滾輪Π 36與底座Π 5和底座ΙΠ12上，電機ΙΠ31與減速器Π 30連接提供焊接機器人行走動作的動力源，減速器Π 30與齒輪ΙΠ29聯(lián)接，通過電機ΙΠ31轉(zhuǎn)動帶動齒輪ΙΠ29轉(zhuǎn)動，齒輪ΙΠ29與焊接導軌I上的齒圈結(jié)構(gòu)嚙合接觸運動，每對滾輪113都對稱的分布在底座12、底座Π 5和底座ΙΠ12的兩側(cè)，在電機ΙΠ31的工作中，滾輪113和滾輪Π 36實現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)在被焊接管道上運動，滾輪113和滾輪Π 36完成焊接小車在焊接導軌I上的定位和運動中的約束，進而完成焊接的行走機構(gòu)。
[0023]焊機機器人依次通過上述的徑向提升運動、擺動運動、送絲運動和行走運動，完成對接管道的焊接工作。
[0024]實際使用時應考慮到以下幾種因素。
[0025]I具體實施中應考慮管道的直徑大小和材質(zhì)因素等固有屬性。
[0026]2具體實施中應考慮管道焊接的工作環(huán)境等場地因素。
[0027]對接管式焊接機器人就是在管道相對固定的情況下，完成管道對接口的焊接工作，機器人通過機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)使得焊槍沿著管道對接口進行環(huán)繞管壁運動，從而實現(xiàn)對管道對接的自動焊接。本發(fā)明機器人具有整機體積小、重量輕、安裝方便等特點，可以廣泛的應用于管道焊接領域。
[0028]對接管式焊接機器人的機械部分主要由焊接導軌和焊接小車組成，焊接導軌的功能是裝卡在被焊接管道上供焊接小車行走和定位用的機構(gòu);焊接小車是本焊接機器人的主體，它由送絲機構(gòu)、行走機構(gòu)和焊接部分組成。送絲機構(gòu)的功能是均勻的把焊絲送到焊接部分，滿足焊料的填充和均勻填充，行走機構(gòu)主要是拖動焊接小車沿著焊接導軌進行環(huán)繞管壁的運動，焊接部分由擺動機構(gòu)和徑向提升機構(gòu)組成，擺動機構(gòu)的主要功能是在焊接開始前調(diào)節(jié)焊槍在被焊接管道母線方向的位置使焊槍對準坡口，焊接過程中做微擺運動，徑向提升機構(gòu)的主要功能是調(diào)整焊槍距坡口的高度，以滿足焊料填充高度的要求。
[0029]焊接機器人的各部分機構(gòu)關系如圖1所示，包括徑向提升機構(gòu)、擺動機構(gòu)、行走機構(gòu)和送絲機構(gòu)。根據(jù)圖1和圖4可知，送絲機構(gòu)、擺動機構(gòu)和行走機構(gòu)依次固連并周向布置在焊接導軌上，擺動機構(gòu)和徑向提升機構(gòu)軸向布置并固連，組成焊接機器人的機械結(jié)構(gòu)。
[0030]焊接導軌I由兩個對稱半軌道結(jié)構(gòu)拼接組成，通過周向?qū)ΨQ分布的固定裝置3將其固定在需要焊接的管道上。
[0031]行走機構(gòu)由焊接導軌I上的齒圈、齒輪ΙΠ29、減速器Π30和電機ΙΠ31組成，固定在底座ΙΠ12上，焊接導軌I上的齒圈結(jié)構(gòu)與齒輪ΙΠ29的接觸嚙合運動，齒輪ΙΠ29與電機ΙΠ31通過減速器Π30連接，在電機ΙΠ31的驅(qū)動下，經(jīng)過減速器Π30進行轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，使焊接小車沿齒圈在管道上完成周向焊接動作。
[0032]徑向提升機構(gòu)由電機16、齒輪17、齒輪Π 8、絲桿螺母19、滾珠絲桿110和光桿111組成，電機16驅(qū)動齒輪17，齒輪17與齒輪Π 8嚙合運動，帶動齒輪Π 8運動，齒輪Π 8帶動滾珠絲桿IlO的旋轉(zhuǎn)運動，依次帶動滾珠絲桿110上的絲桿螺母19徑向運動，絲桿螺母19帶動光桿I11的徑向運動，從而光桿Ill帶動焊槍底座21徑向運動，實現(xiàn)焊接過程中的徑向直線往復運動。
[0033]擺動機構(gòu)由電機Π 14、減速器115、聯(lián)軸器Π 16、滾珠絲桿Π 17、絲桿螺母Π 18和光桿Π 19組成，固定在底座Π 5上，電機Π 14與減速器115連接在一起，通過聯(lián)軸器Π 16將減速器115與滾珠絲桿Π 17連接在一起，電機Π 14通過減速器115、聯(lián)軸器Π 16帶動滾珠絲桿Π17旋轉(zhuǎn)運動，滾珠絲桿Π 17帶動絲桿螺母Π 18直線運動，進而帶動光桿Π 19直線運動，從而帶動連接支架20沿管道母線方向運動，實現(xiàn)焊接部分的母線方向和微幅擺動運動。
[0034]送絲機構(gòu)由絲輪25、蝶形螺母26、送絲機機架27、送絲機28組成，固定在底座12上，送絲機機架27由導絲壓輪桿32、導絲輪33、導絲壓輪軸34、導絲壓輪35組成，通過送絲機28提供動力來源，將纏繞在絲輪25上的焊絲導引到管道焊縫處，實現(xiàn)在焊接過程中焊絲的進給運動。
[0035]底座12、底座Π 5和底座ΙΠ12通過連接板14連接在一起，將焊接機器人的各機械結(jié)構(gòu)部分組裝在一起。
[0036]焊槍部分由焊槍底座21、焊槍架調(diào)節(jié)螺釘22、焊槍架23、焊槍架墊圈24組成，焊槍架23固定在焊槍底座21上，可以通過焊槍架調(diào)節(jié)螺釘22對焊槍的角度進行微調(diào)，并且焊槍架墊圈24可以實現(xiàn)焊槍大小的小幅適應性。
[0037]底座12、底座Π 5和底座ΙΠ12與滾輪113固連，滾輪113對稱布置在焊接導軌I的兩側(cè)，通過滾輪113與焊接導軌I的接觸，實現(xiàn)焊接機器人在被焊接管道上的軸向固定。底座12和底座m 12與滾輪Π 36固連，滾輪Π 36對稱布置在底座12和底座ΙΠ12上，通過滾輪Π 36與焊接導軌I的接觸，實現(xiàn)焊接機器人在被焊接管道上的徑向固定。
[0038]根據(jù)管道材質(zhì)和焊接方式選擇焊絲的類型，將焊絲放在送絲機構(gòu)中，之后根據(jù)管道直徑選擇一系列焊接導軌中符合的一款型號，將焊接導軌固定在管道上，為焊接機器人提供行走和定位的軌道，焊接機構(gòu)可以實現(xiàn)軸向、徑向和微幅擺動的運動，實現(xiàn)對于焊縫的精準焊接，提高焊接機器人焊接部分的自由度可以實現(xiàn)焊縫質(zhì)量和壽命的提高。焊接小車由行走機構(gòu)帶動實現(xiàn)在焊接導軌上的周向運動，通過焊接小車帶動焊接部分在焊接導軌齒圈上的運動實現(xiàn)對接管式焊接的功能。
[0039]本發(fā)明涉及陸地管道焊接領域，具體是一種在陸地的圓形管道焊接工程中需要平口焊接的工作條件下，進行對接管式焊接技術的研究，設計一種對接管式焊接機器人，完成陸地管道的對接焊接的作業(yè)。
[0040]對接管式焊接機器人就是在管道相對固定的情況下，完成管道對接口的焊接工作，機器人通過機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)使得焊槍沿著管道對接口進行環(huán)繞管壁運動，從而實現(xiàn)對管道的自動焊接。
[0041 ]對接管式焊接機器人具備三個自由度，一個自由度是圍繞焊接管道旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)繞著管道的對接焊縫進行焊接;一個自由度是沿著焊接管道母線方向運動，以實現(xiàn)調(diào)整焊槍在焊接管道母線方向位置的焊接和微擺動焊接;另外一個自由度是沿著焊接管道的徑向運動以實現(xiàn)焊槍在焊接坡口處高度的調(diào)整。因此為了實現(xiàn)管道對接的焊接動作，對接管式焊接機器人必須完成以下幾個動作:[0042 ] (I)焊槍在被焊接管道母線方向運動的動作，使焊槍對準對接管道焊縫；
[0043](2)焊槍在被焊接管道徑向方向提升運動的動作，使焊槍離對接坡口有一定的距離滿足焊接焊料填充高度的要求；
[0044](3)調(diào)整焊槍在被焊接管道圓周方向的繞管旋轉(zhuǎn)動作，完成軸向焊接工作；
[0045](4)焊槍對于焊絲的送絲動作，完成焊接過程中焊絲的進給；
[0046](5)焊接過程中焊頭進行微擺焊接的動作，適應工況在小幅改變情況下的焊接工作。
[0047]對接管式焊接機器人的機械部分主要有焊接導軌和焊接小車組成，焊接導軌的功能是裝卡在需要焊接的管道上供焊接小車行走和定位用的機構(gòu)，焊接機器人行走的平穩(wěn)性和位置的精確程度直接由焊接導軌的性能決定;焊接小車是本焊接機器人的主體，它由送絲機構(gòu)、行走機構(gòu)和焊接部分組成。送絲機構(gòu)的功能是均勻的把焊絲送到焊接部分，滿足焊料的填充并且達到均勻填充的效果，行走機構(gòu)主要是拖動焊接小車沿著焊接導軌進行環(huán)繞管壁的運動，焊接部分由擺動機構(gòu)和徑向提升機構(gòu)組成，擺動機構(gòu)的主要功能是在焊接開始前調(diào)節(jié)焊槍在被焊接管道母線方向的位置使焊槍對準坡口，焊接過程中做微擺運動，徑向提升機構(gòu)的主要功能是調(diào)整焊槍距坡口的高度，以滿足焊料填充高度的要求。
【主權(quán)項】
1.一種對接管式的焊接機器人，其特征在于:包括兩個對稱半軌道結(jié)構(gòu)組成的焊接導軌、行走機構(gòu)、徑向提升機構(gòu)、擺動機構(gòu)和送絲機構(gòu)，焊接導軌通過固定裝置固定在待焊接的管道上，所述行走機構(gòu)包括底座II 1、安裝在底座III上的電機、安裝在電機輸出端上的齒輪III，所述焊接導軌上設置有齒圈，齒輪III與齒圈嚙合； 所述徑向提升機構(gòu)包括連接支架、安裝在連接支架上的電機1、安裝在電機I輸出軸上的齒輪1、安裝在連接板上的滾珠絲桿、安裝在滾珠絲桿上的齒輪I1、安裝在滾珠絲桿上的絲桿螺母1、與絲桿螺母I固連的光桿1、與光桿I端部固連的焊槍底座，所述齒輪I與齒輪II嚙合，焊槍底座上安裝有焊槍架，焊槍架上安裝有焊槍； 所述擺動結(jié)構(gòu)包括底座I1、安裝在底座II上的電機I1、與電機II輸出軸連接的滾珠絲桿I1、安裝在滾珠絲桿II上的絲桿螺母I1、與絲桿螺母II固連的光桿II，光桿II的端部與徑向提升機構(gòu)的連接支架固連； 所述送絲機構(gòu)包括底座1、安裝在底座I上的纏繞有焊絲的絲輪、安裝在底座I上的送絲機機架、安裝在送絲機機架上的導絲輪、位于導絲輪下方的導絲壓輪、設置在導絲壓輪上的導絲壓輪桿，所述送絲機機架上還安裝有提供送絲動力的送絲機，絲輪上的焊絲的端部位于導絲輪和導絲壓輪之間； 所述底座I與底座II之間、底座II與底座III之間通過連接板連接，底座1、底座II和底座III的下端分別對稱設置有四個滾輪I，滾輪I與焊接導軌外表面接觸，底座I和底座III的下端還分別設置有一對滾輪II，滾輪II與焊接導軌內(nèi)表面接觸。
【文檔編號】B23K37/02GK105855766SQ201610297841
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】趙丹, 高春曉, 劉少剛, 程元, 黃河, 陳璐, 王濤, 石新新, 孫文祎, 李征遠
【申請人】哈爾濱工程大學